แกนโลหะ PCB

แผงวงจรพิมพ์แกนโลหะ (MCPCB) เรียกอีกอย่างว่า PCB ที่เป็นฉนวนโลหะ (IMS) หรือ PCB ความร้อน

แกลเลอรี PCB แกนโลหะ
โครงสร้างพื้นฐานของ PCB แกนโลหะ

โครงสร้างพื้นฐานของ MCPCB ประกอบด้วย:

  • ชั้นหน้ากากประสาน
  • ชั้นวงจร
  • ชั้นทองแดง 1 ออนซ์ ถึง 6 ออนซ์ (โดยทั่วไปใช้ 1 ออนซ์ ถึง 2 ออนซ์)
  • ชั้นไดอิเล็กทริก
  • ชั้นแกนโลหะ – แผ่นระบายความร้อนหรือแผ่นกระจายความร้อน

Metal Core PCB(MCPCB) คืออะไร?

แผงวงจรพิมพ์แกนโลหะ (MCPCB) หรือเรียกอีกอย่างว่า PCB ที่ใช้แผ่นโลหะเป็นฉนวน (IMS) หรือ PCB ระบายความร้อน เป็นแผงวงจรประเภทหนึ่งที่ใช้โลหะเป็นฐานในการระบายความร้อน ซึ่งแตกต่างจาก PCB FR4 ทั่วไป MCPCB ได้รับการออกแบบมาให้ถ่ายเทความร้อนที่เกิดจากส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างการทำงานไปยังบริเวณที่ไม่สำคัญ เช่น แผ่นระบายความร้อนโลหะหรือแกนโลหะเองได้อย่างมีประสิทธิภาพ

โดยทั่วไป MCPCB จะประกอบด้วย 3 ชั้น ได้แก่ ชั้นตัวนำ ชั้นฉนวนกันความร้อน และชั้นพื้นผิวโลหะ โครงสร้างนี้ช่วยให้จัดการความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานที่ยาวนานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอพพลิเคชั่นที่มีกำลังไฟสูง เช่น ไฟ LED และอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้า

ประเภทของ PCB แกนโลหะ

ตามวัสดุพื้นผิว

การเลือกใช้วัสดุฐานจะขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ โดยต้องคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ เช่น การนำความร้อน ความแข็ง และต้นทุนด้วย

โลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในการผลิต MCPCB ได้แก่ อะลูมิเนียม ทองแดง และโลหะผสมเหล็ก:

  • อลูมิเนียม:เนื่องจากอลูมิเนียมมีคุณสมบัติถ่ายเทและกระจายความร้อนได้ดีเยี่ยม จึงมีราคาค่อนข้างถูก จึงเป็นตัวเลือกที่ประหยัดที่สุดสำหรับ MCPCB
  • ทองแดง:แม้ว่าจะให้ประสิทธิภาพความร้อนที่เหนือกว่า แต่ทองแดงก็มีราคาแพงกว่าอลูมิเนียม
  • เหล็ก:มีให้เลือกทั้งแบบธรรมดาและสแตนเลส เหล็กมีความแข็งมากกว่าอะลูมิเนียมและทองแดง แต่มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่า

ตามโครงสร้างและชั้นของ PCB แกนโลหะ

โครงสร้าง MCPCB ชั้นเดียว
โครงสร้าง MCPCB สองชั้น
โครงสร้าง MCPCB สองด้าน
โครงสร้าง MCPCB หลายชั้น

MCPCB ชั้นเดียว

MCPCB แบบสองชั้น

MCPCB แบบสองด้าน

MCPCB หลายชั้น

ข้อดีของ PCB แกนโลหะ (MCPCB)

  • การกระจายความร้อนที่เหนือกว่า:MCPCB ใช้โลหะ เช่น อะลูมิเนียมหรือทองแดง ซึ่งให้ความสามารถในการนำความร้อนได้ดีเยี่ยม คุณสมบัตินี้ช่วยให้สามารถจัดการความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพในแอพพลิเคชั่นที่มีพลังงานสูง ช่วยลดอุณหภูมิในการทำงานของส่วนประกอบได้อย่างมาก และเพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของระบบ ตัวอย่างเช่น MCPCB สามารถถ่ายเทความร้อนได้เร็วกว่า PCB FR8 ทั่วไปถึง 9 ถึง 4 เท่า
  • ลดความต้องการฮีทซิงค์:แตกต่างจาก PCB FR4 ซึ่งต้องใช้ฮาร์ดแวร์ระบายความร้อนเพิ่มเติมเนื่องจากมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่า MCPCB สามารถระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยตัวเอง ซึ่งจะช่วยลดขนาดโดยรวมของระบบและความซับซ้อนโดยการกำจัดแผ่นระบายความร้อนขนาดใหญ่
  • ความทนทานและความแข็งแกร่ง:อะลูมิเนียมซึ่งเป็นวัสดุพื้นฐานทั่วไปสำหรับ MCPCB มีความแข็งแรงและทนทานกว่าวัสดุประเภทเซรามิกและไฟเบอร์กลาส ความทนทานนี้ช่วยลดความเสี่ยงต่อความเสียหายระหว่างการผลิต การประกอบ และการใช้งานปกติ ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่ยาวนาน
  • มิติความมั่นคง:MCPCB มีเสถียรภาพด้านมิติที่สูงขึ้นเมื่ออยู่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ โดยมีการเปลี่ยนแปลงขนาดเพียงเล็กน้อย (โดยทั่วไป 2.5% ถึง 3.0%) ในช่วงอุณหภูมิ 30°C ถึง 150°C ช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย
  • น้ำหนักเบากว่าและรีไซเคิลได้สูงกว่า:MCPCB มีน้ำหนักเบากว่า PCB ทั่วไป ทำให้ง่ายต่อการจัดการและติดตั้ง นอกจากนี้ อะลูมิเนียมยังสามารถรีไซเคิลได้และไม่เป็นพิษ จึงเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ คุณสมบัตินี้ยังทำให้อะลูมิเนียมเป็นทางเลือกที่คุ้มต้นทุนเมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆ
  • อายุการใช้งานยาวนานขึ้น:ความแข็งแรงและความทนทานของอลูมิเนียมไม่เพียงแต่เพิ่มความแข็งแกร่งให้กับ MCPCB เท่านั้น แต่ยังช่วยให้มีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นอีกด้วย ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษาและความจำเป็นในการเปลี่ยนชิ้นส่วนใหม่ ทำให้ MCPCB เป็นการลงทุนที่ชาญฉลาดในแง่ของอายุการใช้งานที่ยาวนาน

กระบวนการผลิต PCB แกนโลหะ

กระบวนการผลิต PCB แกนโลหะ (MCPCB) เกี่ยวข้องกับขั้นตอนเฉพาะทางหลายขั้นตอนเนื่องจากมีชั้นโลหะอยู่ในกองซ้อน

  1. แผ่นไม้ชั้นเดียว:สำหรับ MCPCB แบบชั้นเดียวที่ไม่มีการเปลี่ยนชั้น กระบวนการนี้จะเหมือนกับบอร์ด FR4 แบบดั้งเดิม ชั้นไดอิเล็กตริกจะถูกกดและยึดติดโดยตรงกับแผ่นโลหะ เพื่อให้แน่ใจว่ายึดติดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

  2. การซ้อนหลายชั้น:สำหรับ MCPCB หลายชั้น กระบวนการเริ่มต้นด้วยการเจาะแกนโลหะ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนชั้นโดยไม่เสี่ยงต่อไฟฟ้าลัดวงจร ขั้นตอนต่อไปนี้จะอธิบายกระบวนการ:

    • เจาะ:เจาะรูขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อยในชั้นโลหะเพื่อรองรับวัสดุฉนวน
    • เสียบ:รูเหล่านี้จะถูกอุดด้วยเจลฉนวน จากนั้นจึงทำการบ่มและทำให้แข็ง ขั้นตอนนี้มีความสำคัญในการเตรียมพื้นที่สำหรับการชุบทองแดง
    • การชุบเมื่อเจลเซ็ตตัวแล้ว รูที่เจาะจะถูกชุบด้วยทองแดง ซึ่งคล้ายกับ vias มาตรฐานใน PCB แบบดั้งเดิม
    • พันธะจากนั้นชั้นไดอิเล็กตริกที่เหลือจะถูกกดและยึดติดกับชั้นโลหะ
    • การเจาะรูทะลุ:เมื่อการวางซ้อนเสร็จสิ้น จะมีการเจาะรูทะลุผ่านชุดประกอบทั้งหมด ตามด้วยกระบวนการชุบและทำความสะอาดเพิ่มเติม